福州盆地全新世沉积物的磁学性质及其对环境变化的响应

福州盆地位于海陆过渡地带,在海陆变迁过程中,沉积物记录了高分辨率的环境信息,是揭示沉积特征对环境变化响应过程及模式的理想区域.本文选择位于福州盆地的FZ5钻孔进行岩石磁学、环境磁学和古地磁学方面的研究,以期阐明该区域沉积物磁学性质对陆源碎屑输入、海平面变化和成岩作用的响应.岩石磁学结果表明钻孔沉积物以低矫顽力的亚铁磁性矿物为主体,但是在不同的环境变化阶段,磁性矿物的类型有较大变化.在9~3 cal. ka BP的海侵过程中,沉积物中以磁铁矿为主体,存在菱铁矿和铁硫化物等还原性矿物.硫化作用使细粒磁铁矿溶解形成胶黄铁矿和黄铁矿,其峰面随碎屑磁性矿物的浓度变化而迁移.但硫化作用没有完全消除磁铁矿携带的特征剩磁和陆源碎屑输入量以及海平面升降对该阶段沉积物磁性的控制.在~3 cal. ka BP以来随着海平面下降、沉积环境向陆相氧化环境转化,虽然早期还原作用仍然存在,但后期氧化作用使磁性矿物向高矫顽力的赤铁矿等矿物转变,氧化作用基本扰乱了磁铁矿携带的剩磁.沉积及其后期成岩作用过程中,发生在约~8.2、~7.7、~7.5、~2.7、~1.5、~0.5 cal. ka BP六次强烈的古氧化界面反映了福州盆地当时异常干旱或湿热的气候事件.     

渤海南部莱州湾Lz908孔沉积物的岩石磁学性质

亚洲大陆边缘海和陆表海在区域的物质和能量交换以及区域气候与环境演化过程中扮演了关键角色.磁性地层学和环境磁学方法是建立年代框架和环境演变序列的有效手段,但是,由于该地区边缘海和陆表海沉积物中磁性矿物来源十分复杂,磁性地层学和环境磁学研究的重要基础是要精细地解译沉积物的岩石磁学性质.为此,本文利用渤海南部莱州湾Lz908孔与钻孔附近的现代沉积物样品进行了详细的岩石磁学对比研究.结果显示,渤海南部沉积物中的磁性矿物主要是较粗颗粒(较大的准单畴至多畴)磁铁矿,还有少量磁赤铁矿,部分沉积物还含有赤铁矿和针铁矿,其中磁铁矿是特征剩磁的主要载体;莱州湾现代河流-海洋沉积物和钻孔样品之间的磁性特征无显著差异,说明莱州湾沉积物堆积之后尚未经历明显的沉积后期改造.     

干旱区高山泥炭磁学特性研究

对干旱区高山-新疆阿尔泰山中段连续的泥炭沉积序列进行详细系统的磁学分析,获得泥炭沉积物中磁性矿物的类型、含量以及粒径大小等磁学特性,探讨了在富含大量有机质的氧化还原条件下磁性矿物的保存与变化机理.岩石磁学结果表明沉积物中亚铁磁性矿物的富集程度低,磁性较弱.主要含有磁铁矿、赤铁矿、顺磁性矿物以及大量的抗磁性矿物组分,并且证实泥炭沉积物中不可能含有生物成因的趋磁细菌.沉积物的磁性颗粒主要以细颗粒为主,但同时还存在粗颗粒成分.研究结果指示在泥炭表层酸性的亚氧环境中,亚铁磁性矿物在较短的时间内伴随着部分溶解和改造,导致沉积物磁性浓度的降低和粒径的减小,快速的沉积和埋藏之后,长期处于缺氧的碱性还原环境下,磁铁矿发生的变化很小或基本不会再次被改造.     

北京密云水库表层沉积物磁性矿物的鉴别

本文对密云水库表层沉积物中的磁性矿物进行了岩石磁学和透射电子显微学的综合研究.本实验建立的磁选方法实现将70%~85%左右的磁性矿物从沉积物中分离出来.岩石磁学研究表明,密云水库沉积物中的磁性矿物以多畴和单畴磁铁矿为主,还含有少量高矫顽力弱磁性载磁矿物(可能为赤铁矿).对磁选矿物的透射电镜观测表明,样品中部分单畴磁铁矿具有纳米尺寸和化学纯度高等特点,为拉长的立方-八面体磁铁矿,是趋磁细菌产生的化石磁小体;多畴磁铁矿多数具有微米尺寸,形状不规则,为碎屑成因;超顺磁磁铁矿粒径约为5~20nm,且含硅、铝等元素,可能为自生成因.研究结果表明,岩石磁学和透射电子显微学的综合应用可以更全面、准确地分析沉积物中磁性矿物的成分、含量、粒径和化学成分等信息,为环境磁学、生物地磁学和古地磁学研究提供依据.     

现代黄河三角洲沉积物磁性地层年代框架及环境磁学研究

本文对黄河三角洲Z07孔沉积物进行了系统的磁性地层学和环境磁学研究.通过结合沉积速率和古地磁长期变化数据,我们为该孔建立了较为精确可信的年代框架(1999-03—2006-06A.D.).环境磁学结果表明黄河三角洲沉积物与中国黄土的磁学特征相似,主要载磁矿物为单畴(SD)磁铁矿,超顺磁颗粒(SP)含量也较高.整体上,该孔沉积物磁学参数的变化主要受粒度和含量控制.岩芯磁性参数在2003年前后发生了系统变化.我们认为,黄河自2002年起进行调水调沙工程,黄河下游河道冲刷加剧,形成新的物质来源,河流输入的沉积物粒度变粗,输沙量增加,这一新的物质来源是造成Z07钻孔磁性参数发生显著变化的主因.     

南黄海东南部冰后期泥质沉积物中磁性矿物的成岩变化及其对环境变化的响应

YSDP103孔位于南黄海东南部冷涡泥质沉积区, 0~29.79 m岩心代表约13 ka BP以来形成的陆架泥质沉积物, 其下段(A2段, 29.79~13.35 m)是在冰后期海侵直至全新世中期(约6 ka BP(14C测定))海平面达到最高这段时间内形成的, 而上段(A1段, 13.35~0 m)则是在冰后期海侵达到最高海平面之后伴随着黄海暖流的形成而出现的冷涡环境中沉积的. 笔者对YSDP103孔0~29.79 m岩心开展了详细的岩石磁学研究, 结果表明, 钻孔岩心的磁性组分主要是磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿, 除了最上部2.35 m外, 其磁性矿物遭受了还原成岩作用, 磁性矿物的含量和低矫顽力组分的比例都显著降低. 铁磁性硫化物(胶黄铁矿)存在于A2段, 但在A1段缺失, 表明了海洋环境条件对磁性矿物成岩过程的控制. 磁学参数在A1和A2段的界线处发生突变, 反映了环境条件和原始磁性组分的差异对成岩作用的共同影响. 在A2段磁学参数的高、低值层段交替出现, 可能反映在A2段沉积期间进入沉积区的碎屑磁性矿物在含量的多、少和/或粒度的粗、细上出现周期性变化.     

甘肃西山坪遗址岩石磁学性质及其研究意义探讨

对甘肃西山坪遗址剖面样品进行磁化率、频率磁化率、热磁分析、非磁滞剩磁和等温剩磁等一系列岩石磁学实验测试,分析环境磁学参数特征变化,试图探讨西山坪遗址研究意义,为今后深入研究该沉积序列蕴含的古环境记录提供了岩石磁学基础.结果表明：西山坪遗址剖面沉积物中磁性矿物主要以低矫顽力的磁铁矿和磁赤铁矿为主,高矫顽力磁性矿物赤铁矿含量极其有限,越向剖面表层,强磁性矿物含量逐渐增加.磁性矿物颗粒表现出黄土的典型特征,以单畴、准单畴为主,含有一定量的超顺磁颗粒,颗粒度越向剖面表层越细.从物源上看,遗址沉积物主要来自近源的黄土风尘堆积,主要是风成堆积,并混合大量人类活动信息,给今后综合研究岩石磁学与人类活动特征的关系有一定借鉴意义.     

南海南部约80ka以来的古地磁记录

晚更新世以来以一系列地磁漂移事件是区域地层对比和确定沉积物年代框架的重要工具.但是在海相沉积物中,识别这些地磁漂移事件多依赖相对磁场强度(RPI)的变化,在地磁方向异常方面鲜有报到,从而影响对这些事件可靠性的讨论.本文选择南海南部巽他陆架附近重力活塞钻孔BKAS2PC的沉积物,进行系统的岩石磁学和古地磁研究,获得该钻孔沉积记录的RPI和磁倾角变化信息.岩石磁学及扫描电镜结果表明沉积物的原生主要载磁矿物为单畴(SD)和假单畴(PSD)钛磁铁矿.在一些层位,沉积后发生的还原作用形成胶黄铁矿等铁硫化物.磁性矿物的浓度和粒度等参数呈现显著的两阶段变化特征,上部(约220 cm以上)含量低而粒度细,下部含量高但粒度相对较粗,整体上均在一个数量级范围内波动.样品的交变退磁特征显示当交变场超过60 mT时,受胶黄铁矿影响产生旋转磁化,剩磁强度反而上升.因此,在20～60 mT之间确定原生特征剩磁,并把RPI定义为NRM_((20-40)mT)/ARM_((20-40)mT).通过~(14)C限定,并与其他有良好年代控制的相对磁场强度曲线进行对比,建立了钻孔的年代框架.结果显示,钻孔沉积物记录了几次显著的地磁漂移事件,这为联合应用RPI与磁场方向异常构建海相沉积物年代学框架提供了新的依据.     

泥河湾盆地大长梁剖面河湖相沉积物的岩石磁学性质

以热磁分析为主,对中国北方泥河湾盆地更新世河湖相地层中灰绿色粉砂和灰黄色粉砂/细砂两种典型沉积物进行了详细的岩石磁学研究,有效确定了这两类沉积物中磁性矿物的种类、粒度特征以及加热过程中磁性矿物的变化过程和产物,并对其包含的古环境意义进行了初步探讨.灰绿色粉砂样品主要含有磁铁矿和赤铁矿两种磁性矿物,磁性相对较弱,颗粒相对较细;灰黄色粉砂/细砂主要含有磁铁矿和磁赤铁矿,磁性相对较强,颗粒相对较粗.在氩气环境中经700℃加热处理后,这两种沉积物中的绿泥石都分解,并生成超细粒（处于超顺磁和单畴颗粒区间）的磁铁矿,导致磁化率大幅升高.因此泥河湾盆地沉积物的热磁特征可以用来检测样品中绿泥石的相对含量,进而反映该地区化学风化作用强度的变化.此外,灰绿色粉砂样品中绿泥石含量比灰黄色粉砂/细砂样品的含量高,在氩气中加热后,磁化率升高幅度也较高,可能反映了化学风化相对较弱的沉积环境.     

巢湖沉积物磁性特征及其对沉积动力的响应

对巢湖西部柱样以及杭埠河流域土壤的环境磁学研究表明,磁铁矿是决定磁性特征的主要磁性矿物,杭埠河流域是巢湖西部沉积物的主要来源．靠近巢湖西岸的柱样AC1砂含量较高,X、SIRM值较大而xARM／SIRM较低,说明磁铁矿含量较高、颗粒较粗．距岸稍远的柱样AC2砂含量较低,X、SIRM值也较低,其变化与XARM较相似,与粘土含量变化也有一定程度的相似,AC2沉积物X、SIRM值较ACI小,但XARM／SIRM较高,说明磁铁矿含量较低且颗粒较细．杭埠河流域土壤的磁性测量结果表明,砂、砾含量高的粗骨土磁性最强,富含粗颗粒磁铁矿．巢湖柱样沉积物砂的含量随踞岸远近而不同, 反映了沉积环境的水动力不同,由此产生明显的磁性特征差异,实质是对沉积动力的响应．研究表明磁性参数XARM／SIRM 可以间接反映沉积物中粘土含量的高低变化．     

福建三明地区被污染土壤的磁学性质及其环境意义

对福建三明某钢铁厂和火电厂附近的污染表土样品进行了多参数的岩石磁学测试分析,包括χ T曲线、磁滞回线、等温剩磁获得曲线等. 三明地区污染表土中的磁性矿物有磁铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿. 样品中磁性矿物的平均粒度较粗,为较大的准单畴,甚至多畴,粒度明显大于成土作用所产生的磁性颗粒. 粗粒的磁铁矿颗粒是污染物的主要磁性组分. 虽然磁化率测量可以作为一种简单、快速而且廉价的检测污染土壤的方法,但同时辅以必要的岩石磁学测量将有利于提取更多的污染信息. 对于低磁化率的污染土壤,亚铁磁性硫化物的存在可以作为土壤可能被污染的证据之一.     

天山北缘新近系沉积物岩石磁学研究

岩石磁学研究表明, 天山北缘塔西河剖面新近系可划分为湖相沉积型、河流相沉积型和冲积扇沉积型三种类型, 分别对应于剖面的底部(沙湾组和塔西河组中下部)、中部(塔西河组顶部和独山子组中下部)和上部(独山子组顶部和西域组), 其中湖相沉积岩石磁学性质复杂, 除与沉积物物源密切相关外, 还可能受风化作用、原地磁性矿物自生或成岩作用以及生物活动的影响, 天然剩磁强度为10^-3~10^-2 A/m, 主要磁性矿物为磁铁矿, 高矫顽力磁性矿物可能为针铁矿. 磁性矿物颗粒由假单畴和单畴(PSD+SD)或单畴和超顺磁混合组成(SD+SP); 河流相沉积天然剩磁强度为10^-2~10^-1 A/m, 主要磁性矿物为磁铁矿和赤铁矿, 磁性矿物颗粒为假单畴(PSD), 450~580℃可获得稳定的特征剩磁方向, 特征剩磁载磁矿物为磁铁矿; 冲积扇沉积天然剩磁强度介于湖相和河流相沉积之间, 主要磁性矿物也为磁铁矿和赤铁矿, 580~680℃获得稳定特征剩磁方向, 特征剩磁载磁矿物为赤铁矿, 磁性矿物颗粒为假单畴(PSD).     

钢铁厂周围不同污染介质的磁学性质及环境意义

为了通过钢铁厂周围不同污染介质的磁学性质研究,实现对环境污染的有效监测,本文系统地采集了河北兴隆和湖南娄底两个钢铁厂周围的树皮和草表面的飞灰、土壤及不同树种的年轮样品.其中前三者用来反映现今污染源,而树木年轮用来追踪长时间尺度的污染历史.通过综合岩石磁学实验分析（包括热磁曲线、磁滞性质和低温实验等）、电子扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)以及X射线衍射(XRD)分析,发现钢铁厂周围现今污染源中的主要粗颗粒磁性矿物为磁铁矿、赤铁矿和纯铁.其中8~50 μm的球形磁铁矿颗粒和呈棱角状的铁颗粒是钢铁厂污染物的特征磁性矿物.对不同树种来说,其中香樟树和枫树树木年轮中的磁性矿物以顺磁性物质为主, 不适合用于环境磁学的污染监测.而柳树中的磁性矿物（主要为磁铁矿）与现今污染源的磁性矿物相符.以上研究表明多参数岩石磁学测量并辅以微观分析等手段,可以精确地提取磁性矿物的种类及粒度特征, 判别重工业区污染源,为应用磁学方法来监测环境污染提供依据.     

贵州省麦岗水库沉积物磁性特征及其与粒度的关系

对贵州省麦岗水库沉积物环境磁性特征的研究表明,亚铁磁性矿物主导了沉积物矿物磁性特征,但同时也存在反铁磁性矿物等其他矿物,超顺磁颗粒在沉积物中广泛存在.在所选矿物磁性参数中,χlf、χfd、SOFT与粒度不相关;χARM、SIRM、F300与粒度相关,但相关系数不高;χARM/χlf、χARM/SIRM和粒度显著相关,可以作为粒度的代用指标.研究结果显示,磁性参数确实可以作为粒度的代用指标.但对比研究表明,在不同沉积环境,甚至相似沉积环境的沉积物中,矿物磁性参数和粒度的关系可能不同,在特定沉积环境中,利用磁性参数作为粒度的代用指标应该在充分研究的基础上进行,使研究结果更为可靠.     

西安市道路灰尘磁学特征及其对环境的响应

西安市道路表面灰尘样品的环境磁学研究显示磁化率(χ)、非磁滞磁化率（χ_ARM）以及饱和等温剩磁（SIRM）均比较高,表明样品中磁性矿物含量较高.其中磁化率（χ）主要受人类活动强度影响,而非磁滞磁化率（χ_ARM）及饱和等温剩磁（SIRM）则由人为活动强度和磁性矿物种类共同决定.κ-T曲线以及等温剩磁（IRM）获得曲线显示样品中磁铁矿和磁赤铁矿等亚铁磁性矿物占主导,并可能含有少量的单质铁,其相对含量与人类活动种类有关：与单纯的交通排放及冶金活动相比,密集的人群流动可带来更多的单质铁矿物.磁畴图谱显示磁性矿物粒径变化不大,以准单畴及多畴颗粒等粗颗粒为主,明显大于成土作用形成的磁性颗粒.综合磁性矿物含量种类以及粒径可辨别污染及污染来源,提供污染监测的磁学手段,并初步进行污染来源划分.     

花东海盆浊流沉积的磁性特征及其环境意义

对取自台湾以东花东海盆GX168孔的浊流沉积物进行系统的岩石磁学研究,揭示其沉积学和岩石磁学特征,分析其物源和形成机制.研究结果显示,剖面上共识别出12层浊流沉积物,其分布存在规律,下部350~700cm共发育11层浊流沉积物,而0~350cm仅出现1层浊流沉积物.浊流沉积物粒径明显较背景沉积物粗,石英、长石含量更高,底部与下伏背景沉积呈突变接触,顶部与上覆背景沉积呈渐变接触,内部发育典型的正粒序韵律结构.浊流沉积物和背景沉积物具有相似的磁学特征,两者均以磁铁矿为主要载磁矿物类型,且磁铁矿颗粒均以准单畴和多畴颗粒为主.同时,两者也存在一定差异,浊流沉积物中磁铁矿较背景沉积物更为富集,磁化率和饱和等温剩磁更强,磁铁矿粒径更粗,这与浊流沉积物原始沉积区更靠近物源区有关.花东海盆浊流沉积形成的诱发机制可能是末次冰期以来频发的海平面波动造成陆坡之上沉积物重力失稳,导致陆坡沉积物向海盆搬运.     

澳大利亚悉尼Long Reef Beach中新世古土壤岩石磁学特征及环境意义

本文对发育在澳大利亚悉尼附近的Long Reef Beach中新世古土壤剖面进行了系统的岩石磁学研究,测量了磁化率、饱和磁化强度、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁等常温磁学参数和磁滞回线,并对所有样品进行了热磁分析.实验结果表明:全新世软土层主要磁性矿物为MD颗粒磁铁矿,磁性矿物含量与黄土高原黄土层相当.中新世老成土层随地层深度增加主要磁性矿物由磁铁矿转变为磁赤铁矿,随着磁铁矿向磁赤铁矿的转化,开始出现赤铁矿;磁性矿物粒径分布较广,以PSD颗粒为主,其次为SD颗粒,同时含有少量MD颗粒;磁性矿物含量高于黄土高原强发育古土壤层.中新世红土矿层主要磁性矿物为赤铁矿,同时含有少量磁赤铁矿和针铁矿,属于铁的富集层,赤铁矿以SD颗粒为主,含少量PSD和MD颗粒.Long Reef Beach中新世古土壤形成时期,对应着一种全球性高温多雨气候,地表化学风化作用十分强烈.丰富的降水,导致中新世老成土层发生淋溶作用,磁铁矿在向下淋溶迁移过程中逐渐氧化为磁赤铁矿和赤铁矿,铁氧化物最终在红土矿层淀积,磁赤铁矿经高温压实作用再结晶转化为赤铁矿.磁性矿物转化过程可概括为磁铁矿—磁赤铁矿化的磁铁矿—磁赤铁矿—赤铁矿,其中部分磁赤铁矿具有热稳定性,在空气(氩气)环境中加热到700℃未发生转化.     

杭州城区土壤的磁性与磁性矿物学及其环境意义

对杭州城区四个不同功能区块土壤进行了系统的环境磁学测定,结果表明城市土壤的磁化率平均值为128×10^-8m³·kg^-1,频率磁化率平均值3.6%(样品数=182),城市土壤呈现明显的磁性增强. 城市土壤的磁化率与频率磁化率呈极显著指数负相关,表明城市土壤磁性增强明显区别于自然成土过程引起的以超顺磁性(SP)颗粒为主的表土磁性增强机理. 统计分析表明,城市土壤磁化率与软剩磁和饱和等温剩磁(SIRM)呈显著直线正相关,说明亚铁磁性矿物是城市土壤剩余磁性的主要载体. 综合等温剩磁获得曲线、热磁曲线、磁滞回线等岩石磁学测定和SEM/EDX分析,城市土壤的磁性矿物以磁铁矿和赤铁矿为主,磁性矿物以假单畴-多畴（PSD-MD）颗粒存在,粒度明显大于成土过程形成的磁性颗粒,这些磁性颗粒主要来自燃料燃烧、汽车尾气等环境污染物. 因此,城市土壤磁测可作为城市土壤污染监测、污染空间分布和污染物来源判断的新手段.     

泥河湾盆地岑家湾旧石器遗址的古地磁定年

通过对泥河湾盆地岑家湾旧石器地点进行的岩石磁学和磁性地层学研究表明, 岑家湾湖相沉积剖面的磁性矿物和剩磁载体是以磁铁矿为主; 少数时段沉积物含有磁铁矿和赤铁矿两种磁性矿物, 这类沉积物的特征剩磁是由磁铁矿和赤铁矿共同携带的. 磁组构测定证实了岑家湾剖面保存了原始沉积特征, 适合于磁性地层学研究, 其结果表明岑家湾旧石器地点的时代稍晚于Punaruu地磁漂移事件发生的时间(1.1 Ma). 结合东谷坨、马圈沟和小长梁剖面的研究结果, 可以确定早期人类在1.6, 1.3和1.1 Ma前后都在泥河湾地区生活过, 这一结果对认识早期人类迁徙与适应环境的能力是很有意义的.     

许家窑泥河湾沉积物的岩石磁学性质

对许家窑泥河湾河湖相沉积物开展的一系列岩石磁学实验结果显示: 磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿为主要的载磁矿物; 低温磁化率和低温剩磁测量是查明磁铁矿、磁赤铁矿化及超顺磁颗粒存在的非常有效的手段; 尽管在局部深度上部分磁铁矿可能经历了低温氧化, 但SD/MD磁铁矿颗粒的大量存在仍是沉积物磁化率增强的主要原因之一; SD/MD磁铁矿和赤铁矿为碎屑成因, 由二者为主要磁性载体的特征剩磁(ChRM)反映了沉积物形成时的原始磁场, 而磁赤铁矿则可能代表了叠加于原生剩磁上后生的化学成分.